grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Вы здесь

Главная » Физиология » Молекулярная биология » Лекционный курс по Молекулярной биологии

Процессинг РНК

Лекция 11. Процессинг mРНК

 
Процессинг (созревание) rРНК и tРНК у эукариот принципиально не отличается от такового у прокариот.
Процессинг mРНК отличается сильно и состоит из нескольких этапов.
1. Кепирование 100% mРНК
2. Полиаденилирование ~95% mРНК
3. Сплайсинг ~ 95% mРНК. Сплайсингу подвергаются только полиаденилированные mРНК.
4.Редактирование Показано лишь для нескольких mРНК.
Все стадии процессинга mРНК происходят в РНП-частицах (рибонуклеопротеидных комплексах).
По мере синтеза про-mРНК, она тут же образует комплексы с ядерными белками - информоферами. И в ядерные, и в цитоплазматические комплексы mРНК с белками (информосомы) входят sРНК.
Таким образом, mРНК не бывает свободной от белков.
На всем пути следования до завершения трансляции mРНК защищена от нуклеаз. Кроме того, белки придают ей необходимую конформацию.
Определение: полисома - комплекс mРНК с несколькими или многими рибосомами.
В составе информосом mРНК может жить от нескольких минут до нескольких дней, не подвергаясь действию нуклеаз. (Так, mРНК живут неделями в ооцитах, предшественниках яйцеклеток).
 
Кепирование
 
Кепирование - надевание "шапочки".
"Сар" представляет собой метилированный ГТФ, присоединенный в необычной позиции 5'-5' и две метилированные рибозы в первых двух нуклеотидах mРНК. По мере образования про-mРНК (еще до 30-ого нуклеотида), к 5'-концу, несущему пуринтрифосфат, присоединяется гуанин, после чего происходит метилирование.
ГТФ + гуанинтрансфераза (Е) Е~фГ + ф-ф
5'ф-ф-ф-Пур-ф-Х-ф-Y-ф-Z-...+E~фГГ5'-ф-ф-ф-5'-Пур-ф-Х-ф-Y-ф-Z... (метилирование) Гm-ф-ф-ф-Пурm-ф-Хm-ф-Y-ф-Z-...
 
Назначение "Сар"
1. Защита 5'-конца mРНК от действия экзонуклеаз.
2. За счет узнавания "Сар"-связывающими белками происходит правильная установка mРНК на рибосоме.
Полиаденилирование
Когда синтез про-mРНК завершен, то на расстоянии примерно 20 нуклеотидов в направлении к 3' - концу от последова-тельности 5'-AAУAA-3' происходит разрезание специфической эндонуклеазой и к новому 3'-концу присоединяется от 30 до 300 остатков АМФ (безматричный синтез).
Каждый вид mРНК имеет "поли-А хвост" определенной длины. Он защищает 3'-конец от гидролиза, т.к. покрыт полиА-связывающими белками.
В значительной степени время жизни mРНК коррелирует с длиной полиА-хвоста.
mРНК ряда генов не полиаденилируется (например гистоновых генов).
Полиаденилированные про-mРНК подвергаются сплайсингу.
 
Сплайсинг
 
В 1978 г. Филипп Шарп (Массачусетский технологический институт) открыл явление сплайсинга РНК (от англ. to splace - сшивать без узлов).
Определение:
Экзоны - кодирующие участки генов.
Интроны - некодирующие участки генов.
На долю интронов приходится в 5-7 раз больше нуклеотидных пар, чем на долю экзонов. Количество экзонов в гене больше, чем интронов.
Определение:
Сплайсинг - вырезание копий интронов из про-mРНК и сшивание копий экзонов с образованием mРНК.
Копии интронов гидролизуются до нуклеотидов.
Сплайсинг показан для большинства mРНК и некоторых tРНК. У простейших найден автосплайсинг rРНК. Сплайсинг показан даже для археобактерий.
Не существует единого механизма сплайсинга. Описано по крайней мере 5 разных механизмов.
В ряде случаев сплайсинг осуществляют ферменты-матюразы.
В некоторых случаях в процессе сплайсинга участвуют sРНК.
В случае автосплайсинга процесс происходит благодаря третичной структуре про-РНК.
Для mРНК высших организмов существуют обязательные правила сплайсинга:
Правило 1. 5' и 3' концы интрона очень консервативны: 5'(ГT-интрон-AГ)3' .
Правило 2. При сшивании копий экзонов соблюдается порядок их расположения в гене, но могут быть выброшены некоторые из них.
Представление об интроне, как пустой, ничего не кодирующей последовательности, неверно. Некоторые интроны кодируют ферменты-матюразы, вырезающие копии этих интронов. На вопрос, зачем эукариотическим геномам экзон - интронная структура, можно ответить только в единичных случаях. Почему эукариотические гены "разорваны", будет рассмотрено в конце курса.
 
Альтернативный сплайсинг mРНК кальцитонинового гена у млекопитающих (крыса)
Во всех клетках есть кальцитониновый ген, но в клетках щитовидной железы он экспрессируется в виде гормона кальцитонина, а в клетках гипофиза - нейропептида CGRP (пептида, имеющего отношение к гену кальцитонина). Ген один, а белки получаются разные в результате сплайсинга mРНК и процессинга полипептидов. В клетках других тканей этот ген не экспрессируется.
Сплайсинг осуществляется белковыми комплексами - сплайсосомами, в которых помимо ферментов, вырезающих и сшивающих участки про-mРНК, имеются белки, придающие про-mРНК нужную конформацию, и несколько sPНК. Сплайсосома непосредственно связана с ферментами, занимающимися полиаденилированием.
 
Автосплайсинг открыт Томасом Чеком (США) в 1982 году.
Он работал с инфузорией Tetrаchymenа thermophyla. У этой инфузории образуется 35S про-rРНК длиной 6400 нуклеотидов. Без участия дополнительных соединений белковой природы из этой про-rРНК вырезается внутренний участок длиной в 414 нуклеотида. Два экзона сшиваются с образованием 26S rРНК. Единственное требование - определенная концентрация ионов магния. Про-rРНК имеет третичную структуру и обладает каталитичекой активностью. Впервые было показано, что каталитической активностью обладают не только белки.
Определение: РНК-зимы - РНК с каталитической активностью.
Сегодня описано несколько десятков РНК-зимов.
 
Малые РНК
sРНК обнаружены в количестве 103-105 копий на клетку. Поскольку в большинстве случаев эти РНК обогащены урацилом, они называются U1, U2... Их размер от 100 до 300 нукл. Все они кодируются в ядре, но работают как в ядре (small nuclear - SN), так и в цитоплазме (small cytoplasmic - SC).
SNURPS - РНП (рибонуклеопротеидные комплексы) в ядре. snРНК входят в состав РНП, участвующих в полиаденилированиии и сплайсинге.
SCURPS - РНП в цитоплазме. Входят в состав информосом.
Малая РНК U4 присутствует в комплексах, участвующих в полиаденилировании. Если получить антитела к белкам, связывающимся с U4, то не происходит полиаденилирования и сплайсинга.
При красной волчанке (аутоимунном заболевании) вырабатываются антитела к белкам комплекса с U4.
Гистоновая mРНК не полиаденилируется потому, что sРНКU7, которая комплементарна 3'-концу гистоновой mРНК, защищает ее от полиаденилирования.
Малые РНК U1, U2, U4, U5, U6 входят в состав сплайсосомы.
 
Редактирование
Определение:
Редактирование - изменение генетической информации на уровне mРНК.
Трипаносома - одноклеточный паразит, вызывающий у человека сонную болезнь. В клетке трипаносомы есть митохондрии и множество ферментов окислительного фосфорилирования. Один из ключевых ферментов - цитохромоксидаза. Он имеет четвертичную структуру и состоит из 3-х разных субъединиц.
Человек (постоянный хозяин трипаносомы) теплокровен, поэтому трипаносоме не нужна энергия собственных митохондрий. Синтезируются только две субъединицы цитохромоксидазы.
Муха цеце (промежуточный хозяин трипаносомы) - холоднокровна. Трипаносоме нужен работающий фермент. Все три субъединицы синтезируются.
В геноме трипаносомы только два гена для двух субъединиц. В mРНК одного из них происходит разрезание и встраивание 4-х урацилов (на небольшом расстоянии друг от друга, но не подряд).
Происходит сдвиг рамки считывания и отредактированная mРНК кодирует новый полипептид - третью субъединицу цитохромоксидазы.
 
Источники: Дымшиц Г.М. Молекулярная биология: http://www.medliter.ru/?page=get&id=012131
Поделиться с друзьями:
Ваша оценка: 
5
Средняя: 5 (1 проголосовавший)